Новости химической науки > РНК и микробиом: диалог между хозяином и бактериями — как РНК управляет симбиозом

25.10.2026
эту статью еще не оценивали

От микроРНК хозяина до малых РНК комменсалов: двусторонний обмен РНК-сигналами формирует симбиоз

Аннотация. Микробиом кишечника — это сложная экосистема, которая находится в постоянном диалоге с организмом хозяина. За последнее десятилетие стало очевидно, что РНК служит универсальным языком этого диалога, обеспечивая обмен сигналами между клетками хозяина и бактериями. МикроРНК хозяина, обнаруживаемые в просвете кишечника, способны взаимодействовать с микробиотой, модулируя её состав и функцию, а miR-21 напрямую регулирует транскрипты Bacteroides thetaiotaomicron, включая гены биосинтеза L-триптофана. В обратном направлении бактериальные малые РНК, упакованные в мембранные везикулы, проникают в клетки хозяина и модулируют иммунный ответ, действуя как межцарственные сигналы коммуникации. Симбиотическая бактерия Bacteroides thetaiotaomicron использует малую РНК IroR для адаптации к условиям слизистой оболочки кишечника, а симбиотическая Vibrio fischeri выделяет tmRNA (SsrA), которая контролирует ответы хозяина и обеспечивает долговременную колонизацию. Этот двусторонний обмен РНК-сигналами формирует новую парадигму понимания симбиоза и открывает возможности для терапевтического вмешательства.

1. Введение: микробиом как «второй геном» и роль РНК в диалоге

Число бактериальных клеток в организме человека сопоставимо с числом собственных клеток, а их коллективный геном — микробиом — содержит в сотни раз больше генов, чем геном человека. Эта экосистема выполняет критически важные функции: синтезирует витамины, метаболизирует пищевые волокна, формирует иммунную систему и защищает от патогенов. Однако механизмы, которые обеспечивают тонкую настройку симбиотических отношений, долгое время оставались загадкой.

Открытие регуляторных РНК — микроРНК, длинных некодирующих РНК, малых бактериальных РНК — изменило представление о межвидовой коммуникации. Накопленные данные свидетельствуют о том, что регуляторные некодирующие РНК (микроРНК, циркулярные РНК и длинные некодирующие РНК) могут влиять на взаимодействия хозяина и микроба, выступая потенциальными биомаркерами ответа хозяина при связанных с микробиомом расстройствах.

2. МикроРНК хозяина: сигналы, которые слышит микробиота

МикроРНК — короткие некодирующие РНК длиной 18–23 нуклеотида — классически рассматриваются как внутриклеточные регуляторы экспрессии генов. Однако недавние исследования показали, что они секретируются в просвет кишечника и взаимодействуют с микробиотой.

МикроРНК miR-21, уровень которой изменён при воспалительных заболеваниях кишечника и синдроме раздражённого кишечника, физически взаимодействует с бактериальными таксонами в фекальных сообществах. Используя флуоресцентно меченные микроРНК и сортировку клеток, исследователи идентифицировали бактерии, с которыми связывается miR-21.

miR-21 модулирует уровни транскриптов в чистых культурах симбионта Bacteroides thetaiotaomicron, включая гены, участвующие в продукции L-триптофана, нарушенный кишечный метаболизм которого связан с желудочно-кишечной дисфункцией при воспалительных заболеваниях кишечника и синдроме раздражённого кишечника. Это демонстрирует прямой механизм влияния микроРНК хозяина на метаболизм комменсальных бактерий.

Исследование микроРНК в рубце крупного рогатого скота выявило присутствие и активность микроРНК в рубцовой жидкости и папиллах, что указывает на возможный механизм кросс-коммуникации хозяина и микробиоты, опосредованный микроРНК. Анализ показал, что десять наиболее экспрессированных микроРНК имеют предсказанные гены-мишени, вовлечённые в ключевые клеточные пути.

3. Бактериальные малые РНК: обратный поток информации

Диалог между хозяином и микробиотой двусторонний. Бактерии также производят малые РНК, которые могут достигать клеток хозяина и модулировать их функции.

Бактериальные внеклеточные РНК (exRNA) рассматриваются как перспективные кандидаты для межцарственных инструментов коммуникации микроб-хозяин, поскольку они могут модулировать экспрессию генов хозяина. Микробные exRNA вовлечены в различные заболевания человека как на локальном, так и на системном уровне.

Внеклеточные везикулы (EVs) представляют собой механизм массивной секреции, который транспортирует липиды, компоненты клеточной стенки, белки, ДНК, РНК, сигнальные молекулы и малые метаболиты, позволяя клеткам адаптироваться к меняющимся условиям и общаться с другими клетками. В контексте микробных EVs было описано множество функций, включая межцарственную коммуникацию и манипуляцию иммунными ответами хозяина.

Бактериальные малые РНК способны опосредовать взаимодействие бактерии и организма хозяина, напрямую модулируя экспрессию эукариотических генов, чаще всего связанных с иммунным ответом. Хотя такой тип взаимодействия более подробно изучен для патогенных бактерий, предполагается, что подобный контроль может осуществляться бактериями-симбионтами и комменсалами.

4. Симбиотические бактерии: как комменсалы используют РНК для колонизации

Наиболее убедительные доказательства роли бактериальных РНК в симбиозе получены на модельных системах, где взаимодействие хозяина и микроба можно изучать в контролируемых условиях.

Симбиоз между гавайским короткохвостым кальмаром Euprymna scolopes и биолюминесцентной бактерией Vibrio fischeri представляет собой экспериментально доступную модельную систему для изучения того, как некодирующие РНК, продуцируемые полезным симбионтом, могут восприниматься хозяином и модулировать его ответы.

V. fischeri продуцирует внеклеточные везикулы, несущие tmRNA (SsrA) — малую стабильную РНК, которая участвует в системе спасения рибосом. Отсутствие SsrA в везикулах приводит к тому, что клетки V. fischeri не персистируют в световом органе, а колонизация вызывает усиленный иммунный ответ и потерю устойчивости хозяина. Это демонстрирует, что бактериальные малые РНК могут быть ключевыми элементами языка полезных ассоциаций хозяин-микроб.

Симбиотическая бактерия Bacteroides thetaiotaomicron использует малую РНК IroR для адаптации к богатой слизью,

бедной железом нише кишечника, частично модулируя экспрессию генов бактериальной капсулы. Это обеспечивает новые insights в пространственно-временную динамику колонизации кишечника и подчёркивает ранее недооценённую роль бактериальных малых РНК в формировании мутуалистических взаимодействий между микробиотой и эпителием кишечника.

5. Механизмы доставки: как РНК пересекает границы клеток

Ключевой вопрос — как РНК-сигналы преодолевают барьеры между организмами. Основным механизмом являются внеклеточные везикулы, которые защищают РНК от деградации нуклеазами.

Внеклеточные везикулы (EVs) представляют собой механизм доставки, который может сохранять функцию РНК и облегчать транспорт на биологически значимые расстояния, обеспечивая защиту от внеклеточных рибонуклеаз. RNA-содержимое EV отличается от клеточного пула, что указывает на существование активных механизмов сортировки РНК, предназначенных для EV.

Секреция везикул внешней мембраны показана для многих грамотрицательных бактерий. В составе везикул могут находиться различные белки, липополисахариды, пептидогликаны и нуклеиновые кислоты, включая ДНК и РНК. «Упаковка» в везикулы обеспечивает защиту РНК от действия рибонуклеаз.

Это не единственный способ доставки бактериальных РНК в цитозоль клеток макроорганизма. Бактериальная малая РНК может транспортироваться в составе комплекса с белком; такой механизм был открыт у возбудителя листериоза, Listeria monocytogenes. В процессе инфекции эта бактерия секретирует белок Zea в комплексе с различными РНК, которые напрямую взаимодействуют с рецептором RIG-I и активируют его, что приводит к модуляции иммунного ответа.

6. Иммунное распознавание бактериальной РНК: защита или патология

Иммунная система хозяина распознаёт бактериальную РНК как чужеродную, что может быть как защитным механизмом, так и причиной патологии.

Бактериальная РНК является сильным индуктором интерферона I типа и NF-κB-зависимых цитокинов, а также может активировать инфламмасому Nlrp3. Модификации РНК различаются между эукариотами и прокариотами, таким образом, они могут служить для определения врождённого паттерна, который распознаётся. В этом контексте обсуждается роль 2′-O-метилирования рибозы как потенциального механизма избегания иммунитета.

В просвете кишечника микроРНК, продуцируемые кишечными эпителиальными клетками, обычно секретируются в кишечный просвет, где встречаются и потенциально взаимодействуют с микробиотой. Мыши, лишённые кишечных микроРНК, демонстрируют изменённый микробиом и повышенную восприимчивость к колиту, а трансплантация фекальных микроРНК от животных дикого типа восстанавливает микробиом и улучшает колит.

Обнаружена отрицательная корреляция между присутствием и обилием микробов и уровнями кишечных микроРНК, что предполагает потенциальную роль микробиоты в деградации или поглощении просветных микроРНК.

7. Терапевтические перспективы: РНК как инструмент управления микробиомом

Понимание механизмов РНК-опосредованного диалога между хозяином и микробиотой открывает новые терапевтические возможности. Инженерия микробиома и использование РНК-молекул для модуляции состава и функции микробиоты становятся перспективными направлениями.

Микробиомный инжиниринг рассматривается как магистральная стратегия улучшения здоровья человека, что подтверждает гипотезу о прямом кросс-взаимодействии между составом микробиома и некодирующими РНК.

МикроРНК, такие как miR-21, могут служить основой для разработки новых терапевтических стратегий при воспалительных заболеваниях кишечника и синдроме раздражённого кишечника, нацеленных на модуляцию взаимодействия микроРНК-микробиом.

Модификации РНК могут нарушать РНК-зависимую иммунную активацию, и понимание этих механизмов может позволить создавать синтетические РНК-молекулы, которые избегают нежелательной иммунной активации или, наоборот, целенаправленно её стимулируют.

8. Заключение

РНК-опосредованный диалог между хозяином и микробиотой представляет собой новую главу в понимании симбиоза. МикроРНК хозяина и малые РНК бактерий образуют двунаправленную систему коммуникации, которая модулирует метаболизм, иммунный ответ и колонизацию.

Модельные системы, такие как симбиоз кальмара и Vibrio fischeri, а также взаимодействие Bacteroides thetaiotaomicron с эпителием кишечника, предоставляют механистические insights, которые могут быть экстраполированы на более сложные сообщества. Понимание того, как РНК-сигналы пересекают границы клеток и организмов, открывает новые возможности для терапевтического вмешательства — от инженерии микробиома до разработки РНК-терапий, нацеленных на микробные и хозяйские мишени.

Дальнейшие исследования должны ответить на ключевые вопросы: какие РНК-молекулы являются наиболее важными для поддержания гомеостаза, как дисрегуляция этого диалога способствует заболеваниям и как можно использовать РНК для восстановления здорового симбиоза.

метки статьи: #биохимия, #медицинская химия, #молекулярная биология, #мРНК, #нанотехнологии, #химическая биология РНК, #химия питания

ОБЛАКО ТЕГОВ раздела "Химия: новости фундаментальной и прикладной науки"

Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru

Комментарии к статье:

Ваше имя

Ваш e-mail, чтобы следить за обсуждением

Комментарий

Символ пятого P-элемента в табл. Менделеева
(латиницей, одной заглавной буквой):

Вы читаете текст статьи "РНК и микробиом: диалог между хозяином и бактериями — как РНК управляет симбиозом"

Перепечатка статьи разрешается при условии размещения активной гиперссылки на ChemPort.Ru

Все новости

Новости компаний

23.10.26 | Химический портал
Баимский ГОК: химия флотации как ключ к рентабельности арктического проекта 22.10.26 | Август
Химия против сорняков: как «Август» строит экспортную империю в агрохимии 21.10.26 | Химический портал
Находкинский завод: удобрения как геополитический инструмент на Дальнем Востоке 20.10.26 | СИБУР
Экспортный разворот: как СИБУР и «Уралхим» перестраивают карту продаж 19.10.26 | Обзоры химических рынков
Химическая промышленность 2026: между протекционизмом, логистическим коллапсом и структурной перестройкой 15.10.26 | Химический портал
Химический экспорт: что Россия продаёт за рубеж и что покупает 14.10.26 | Обзоры химических рынков
Европейская химическая промышленность: структурный кризис и поиск путей выживания 13.10.26 | Химический портал
Катализаторы для нефтепереработки: почему крекинг и риформинг остаются зависимыми 12.10.26 | Обзоры химических рынков
Химия для удобрений: почему Россия экспортирует удобрения, но импортирует добавки к ним 09.10.26 | Химический портал
Химический спецназ: как в России создаются малотоннажные производства по заказу

Все новости

	новости науки новости бизнеса работа для химиков химические выставки	каталог ресурсов электронный справочник авторефераты форум химиков	о нас контакты Энциклопедия автохимии